Wst´p
To astronomia XVII wieku ugruntowa∏a opini´, ˝e Ksi´˝yc jest cia∏em niebieskim, którego zachowanie sprawia najwi´cej trudnoÊci teoretykom.
Obserwacje teleskopowe nie tylko umo˝liwi∏y dok∏adniejsze wyznaczanie po∏o˝enia Srebrnego Globu na tle gwiazd, co obna˝a∏o niedoskona∏oÊci teorii jego ruchu orbitalnego, lecz tak˝e doprowadzi∏y do odkrycia libra- cji Ksi´˝yca. Dodajmy do tego pytanie o natur´ jego powierzchni, na któ- rej góry rzuca∏y wyraêne cienie, oraz nadzieje, jakie uczeni i praktycy wià- zali bodaj ze wszystkimi aspektami zachowaƒ naturalnego satelity Ziemi – oczekiwano, ˝e któreÊ z nich da si´ ostatecznie wykorzystaç do rozwiàza- nia palàcego problemu wyznaczania d∏ugoÊci geograficznej podczas mor- skiej podró˝y. ˚adne z tych zagadnieƒ nie doczeka∏o si´ szybko ostatecz- nego rozstrzygni´cia. Niemniej siedemnastowieczne badania ruchów Ksi´˝yca i próby uj´cia ich w teoretyczne ramy stanowià fascynujàcy przy- k∏ad „okresu przejÊciowego” w nauce, w którym zgromadzone dane ob- serwacyjne i metodologiczny ferment wr´cz domagajà si´ nowego para- dygmatu. W tym wypadku przynios∏y go Philosophiae naturalis principia mathematica Izaaka Newtona. Co ciekawe, proponujàc odkrywcze fizycz- ne wyt∏umaczenie skomplikowanych ruchów Ksi´˝yca, dynamika angiel- skiego uczonego ponios∏a kl´sk´ przy próbach ich szczegó∏owego opisu:
koniec koƒców dla przewidywania w´drówki tarczy Srebrnego Globu na sferze niebieskiej Newton pos∏u˝y∏ si´ teorià kinematycznà, wywodzàcà si´ z tradycji astronomii pierwszej po∏owy XVII stulecia, a pos∏ugujàcà si´
rozwiàzaniami geometrycznymi rodem z nauki hellenistycznej. Na sukces
dynamiki newtonowskiej w zmaganiach z ruchem Ksi´˝yca w polu grawi- tacyjnym Ziemi i S∏oƒca przysz∏o czekaç blisko 50 lat, do prac Tobiasa Mayera, Leonharda Eulera, Alexisa Claude’a Clairauta i Jeana le Rond d’Alemberta.
Celem tej ksià˝ki nie jest jednak analiza osiàgni´ç i pora˝ek dynamiki Newtona w zastosowaniu do teorii Ksi´˝yca; na ten temat powsta∏o i po- wstaje wiele prac. W Ksi´˝ycu w nauce XVII wieku podjà∏em prób´ ukaza- nia, w jaki sposób rozkwitajàca w XVII wieku astronomia Srebrnego Globu mog∏a wywrzeç wp∏yw na rozwiàzanie przez Newtona problemu ruchu cia∏a w polu si∏y centralnej. Innymi s∏owy, stawiam hipotez´, ˝e fizyczne znaczenie prawa pól (nazywanego dziÊ drugim prawem Keplera) w mecha- nice niebieskiej mog∏y uzmys∏owiç uczonemu z Cambridge rozmyÊlania nad modelem libracji Ksi´˝yca. Hipoteza ta, podobnie jak wszystkie inne sformu∏owane na ten temat w ciàgu ostatnich niemal 300 lat, ma tylko po- Êrednie wsparcie w êród∏ach. Za jej dodatkowà zalet´ mo˝na jednak uznaç to, ˝e zmusza nas do dok∏adniejszego przyjrzenia si´ siedemnastowiecznej wiedzy na temat libracji Ksi´˝yca i w ogóle zachowania si´ bry∏y ksi´˝yco- wej na orbicie oko∏oziemskiej. A jest to obszar wcià˝ bardzo s∏abo spene- trowany przez historyków nauki i astronomii.
Zacznijmy od problemu ruchu obrotowego Ksi´˝yca wokó∏ w∏asnej osi.
We wspó∏czesnym piÊmiennictwie znane mi sà dwie prace, podejmujàce to zagadnienie w perspektywie historycznej: Alana Gabbeya1oraz Miche- la-Pierre’a Lernera i Suzanne Débarbat2. Obie zawierajà skondensowany przeglàd hipotez, próbujàcych wyjaÊniç, dlaczego obserwujemy z Ziemi zawsz´ t´ samà pó∏kul´ Ksi´˝yca, okreÊlanà czasami kolokwialnie obliczem
1A. Gabbey, Innovation and Continuity in the History of Astronomy: The Case of the Ro- tating Moon, [w:] Revolution and Continuity: Essays in the History and Philosophy of Early Mo- dern Science, pod red. P. Barkera i R. Ariew, Waszyngton, D.C. 1991, s. 95–129.
2M.-P. Lerner, S. Débarbat, La Lune et sa rotation de l’Antiquité au XVIIe si¯cle, [w:] Acts of the Journées 2003 des Syst¯mes de référence spatio-temporels (St. Petersburg, 22–25 Sep- tember 2003), pod red. A. Finkelsteina i N. Capitaine, Petersburg 2004, s. 128–137.
lub twarzà ze wzgl´du na widniejàce na niej charakterystyczne, ciemne plamy. Artyku∏y te obejmujà okres od staro˝ytnoÊci po sformu∏owanie pod koniec XVII wieku przez Giana Domenica Cassiniego trzech empirycznych praw ruchu obrotowego Srebrnego Globu: (1) Ksi´˝yc wiruje w kierunku z zachodu na wschód wokó∏ nieruchomej osi ze sta∏à pr´dkoÊcià kàtowà i z okresem równym miesiàcowi gwiazdowemu; (2) Nachylenie osi obrotu Ksi´˝yca do ekliptyki pozostaje sta∏e; (3) Bieguny ksi´˝ycowej osi obrotu, bieguny ekliptyki i orbity Ksi´˝yca le˝à w tej samej p∏aszczyênie, na kole wielkim sfery niebieskiej3. SkrótowoÊç prac Gabbeya oraz Lernera i Débar- bat – majà one za swojego poprzednika, bodaj jedynego, podobny w cha- rakterze artyku∏ D’Ortousa de Mairana4 z po∏owy XVIII wieku – sprawi∏a jednak, ˝e niektóre historyczne aspekty zagadnienia nie zosta∏y w nich podj´te, a inne, takie jak ruch bry∏y Ksi´˝yca wed∏ug Johannesa Keplera, przedstawiono b∏´dnie; w ka˝dym razie wcià˝ najlepiej opracowanym fragmentem historii sporów na temat obecnoÊci lub braku ruchu wirowe- go Srebrnego Globu pozostawa∏a Êredniowieczna dyskusja zachowania si´
tego cia∏a na epicyklu. Dlatego niniejszà ksià˝k´ otwiera rozdzia∏, zawiera- jàcy szkic dziejów zagadnienia obrotu Ksi´˝yca wokó∏ w∏asnej osi. Pierw- sza cz´Êç szkicu powsta∏a przede wszystkim na podstawie istniejàcej litera- tury przedmiotu, natomiast cz´Êç druga, dotyczàca w przewa˝ajàcej mierze XVII stulecia, si´ga do prac uczonych tamtego okresu, cz´sto wcze- Êniej nie analizowanych pod tym kàtem.
3Zob. np. Z. Kopal, R. W. Carder, Mapping of the Moon: Past and Present, Dordrecht 1974, s. 50. Prawa te zosta∏y opublikowane w: M. Cassini, De l’origine et du progrés de l’Astronomie, et se son usage dans la Géographie et dans la Navigation, [w:] Recueil d’obser- vations faites en plusieurs voyages par ordre se sa Majesté, pour perfectiouner l’astronomie et la géographie, Pary˝ 1693, s. 1–43. Pod rokiem 1685 w Histoire de l’Académie royale des sciences, t. 1, Pary˝ 1729–1733, s. 441 odnotowano, ˝e Cassini przedstawi∏ traktat o libracji Ksi´˝yca, ale poniewa˝ tekst si´ nie zachowa∏, nie wiadomo, czy zosta∏y w nim podane pra- wa ruchu obrotowego Srebrnego Globu.
4M. de Mairan, Recherches sur l’équilibre de la lune dans son orbite, [w:] Histoire de l’Académie royale des sciences: Mémoires de Mathématique et de Physique 1747, Pary˝
1752, s. 1–22.
Jeszcze mniej opracowanym zagadnieniem okaza∏a si´ historia badaƒ optycznej libracji Ksi´˝yca (a wi´c kilkuprocentowych odst´pstw od zasa- dy, ˝e widzimy ca∏y czas t´ samà pó∏kul´ Srebrnego Globu) w interesujà- cym nas okresie – historia ta bowiem nie zosta∏a dotàd napisana. Wzmian- ki o ró˝nych obserwacjach ksi´˝ycowej libracji w XVII wieku pojawiajà si´
w pracach poÊwi´conych poczàtkom selenografii, ale informacje te sà za- wsze bardzo ogólnikowe, a niekiedy wzajemnie sprzeczne, bywajà te˝ po prostu nieprawdziwe. Tak wi´c za w miar´ staranny przewodnik po dzie- jach badaƒ zjawiska libracji mo˝na uznaç dwa tomy monumentalnej histo- rii astronomii J.-B. J. Delambre’a5, gdzie odpowiednie odkrycia sà wzmian- kowane przy omawianiu dokonaƒ kolejnych uczonych (ze wspomnianych przed chwilà powodów przewodnik ten nale˝y jednak czytaç z ostro˝no- Êcià). Roli tej nie spe∏nia ani zbyt syntetyczne przedstawienie problemu przez Roberta Granta6, ani równie skrótowa we fragmencie poÊwi´conym libracji, a dodatkowo zawierajàca b∏´dy, cytowana ju˝ praca Kopala i Car- dera7. W ten sposób rozdzia∏ drugi tej ksià˝ki jest w zasadzie pierwszym w literaturze przedmiotu monograficznym opracowaniem historii siedem- nastowiecznych obserwacji optycznej libracji Ksi´˝yca i jej wczesnych mo- deli. Podejmuj´ w nim mi´dzy innymi prób´ rozstrzygni´cia, jak nale˝y ro- zumieç uwagi Galileusza o tym zjawisku, i przedstawiam analiz´ teorii libracji, og∏oszonej w 1654 roku przez Jana Heweliusza.
Rozdzia∏ trzeci traktuje o modelu libracji Ksi´˝yca, zaproponowanym przez Newtona zapewne oko∏o 1673 roku. W piÊmiennictwie wspó∏cze- snym model ten zosta∏ omówiony we wspomnianym artykule Gabbeya8; wczeÊniej nieco uwagi poÊwi´ci∏ mu Delambre9. Jednak˝e po przedstawie-
5J.-B. J. Delambre, Histoire de l’astronomie moderne, t. 1–2, Pary˝ 1821.
6R. Grant, History of Physical Astronomy: From the Earliest Ages to the Middle of the Ni- neteenth Century, Londyn 1852. Badania libracji w XVII w. zosta∏y zarysowane na s. 72–73.
7Z. Kopal, R. W. Carder, op. cit., s. 50–51 i 58.
8A. Gabbey, op. cit., s. 97–112.
9J.-B. J. Delambre, op. cit., t. 2, s. 544–546.
niu hipotezy Newtona z lat siedemdziesiàtych XVII wieku Gabbey skupi∏ si´
na jej ewolucji, jakà przechodzi∏a podczas przygotowywania kolejnych wy- daƒ Principiów za ˝ycia wielkiego uczonego. Moim celem sta∏o si´ przede wszystkim zrekonstruowanie powiàzaƒ tej teorii libracji z innymi badaniami astronomicznymi Newtona w okresie przed podj´ciem prac nad pierwszà wersjà Principiów i odniesienie jej do przyjmowanych wówczas kinematycz- nych modeli ruchu Ksi´˝yca wokó∏ Ziemi. Uzyskany obraz pozwoli∏ na wy- suni´cie hipotezy, o której wspomnia∏em na poczàtku tego wst´pu.
Ksià˝k´ dope∏niajà, w postaci dodatków, opracowane krytycznie prze- k∏ady tekstów Heweliusza i Newtona (w relacji Mercatora), prezentujàce modele libracji wed∏ug astronoma z Gdaƒska i fizyka z Cambridge. Niech stanowià dla Czytelnika przypomnienie, ˝e Ksi´˝yc w nauce XVII wieku jest przede wszystkim pracà z obszaru historii dawnej astronomii, w niewielkim jedynie stopniu i w bardzo ograniczonym zakresie wkraczajàcà na tereny historii fizyki newtonowskiej.
* * *
Mo˝na powiedzieç, ˝e ksià˝ka ta zawdzi´cza swoje powstanie rozmowie, jakà przeprowadzi∏em z Jerzym Dobrzyckim, kiedy ju˝ upora∏em si´ z ana- lizà katalogu gwiazd, zestawionego w Aleksandrii w II wieku n.e. Profesor spyta∏, co dalej. Szybko zgodziliÊmy si´, ˝e staro˝ytnoÊci dorównuje atrak- cyjnoÊcià Êredniowiecze, ale przecie˝ trudno o bardziej niezwyk∏y okres w historii nauki ni˝ wiek XVII. No i mo˝e by tak powróciç spod pogodne- go aleksandryjskiego nieba do „surowszej krainy, gdzie cisza powietrza jest rzadsza”. Astronomia, ziemie polskie, siedemnaste stulecie, a zatem – Jan Heweliusz. Profesor by∏ z zami∏owania kartografem nieba, wi´c pociàga∏y go dawne mapy Ksi´˝yca. DziÊ nie umiem precyzyjnie ustaliç, w jaki spo- sób pierwsze przymiarki do historii selenografii in statu nascendi doprowa- dzi∏y mnie do teorii libracji Ksi´˝yca wed∏ug Newtona, ale z ca∏à pewno- Êcià u êróde∏ tej wyprawy tkwi tamta rozmowa.
Podczas kilkuletnich badaƒ nad miejscem Ksi´˝yca w nauce XVII stule- cia doÊwiadczy∏em ˝yczliwoÊci wielu osób. Zachowujàc je we wdzi´cznej pami´ci, chcia∏bym w tym miejscu podzi´kowaç imiennie tym, którzy ofe- rowali mi swojà pomoc w szczególnie karko∏omnych przedsi´wzi´ciach.
Misza Szewczenko i A. A. Szirjajew doprowadzili do tego, ˝e w Instytucie Astronomii Teoretycznej w Sankt Petersburgu wykonane zosta∏y (przez Margarit´ A. Fursenko) obliczenia libracji Ksi´˝yca dla okresu, w którym zjawisko to bada∏ Jan Heweliusz. Dorota Sutkowska i Bogna W∏odarczyk pomog∏y mi przy rozszyfrowywaniu siedemnastowiecznej ∏aciny. Nato- miast J. A. Bennettowi zawdzi´czam kategoryczne (i rozczarowujàce) za- pewnienie, ˝e zachowane w oksfordzkiej Bodleian Library selenograficzne traktaty Heweliusza, nale˝àce niegdyÊ do sir Christophera Wrena, nie zawierajà istotnych odr´cznych notatek, poczynionych r´kà w∏aÊciciela.
Wreszcie na szczególne podzi´kowania zas∏uguje profesor Andrzej K. Wrób- lewski, który podjà∏ si´ bodaj najbardziej karko∏omnego zadania: by∏
bowiem pierwszym czytelnikiem maszynopisu i jego wnikliwe uwagi przy- czyni∏y si´ do usuni´cia usterek tej pracy oraz do nadania jej ostatecznego kszta∏tu.
Warszawa, czerwiec 2005 Jaros∏aw W∏odarczyk
